闩锁效应的工作原理

LU是 Latch Up的简写，即闩锁效应，也叫可控硅效应，表征芯片被触发低阻抗通路后、电源VDD到GND之间能承受的最大电流。非车规芯片的规格书中通常都不会提供这个参数，而车规芯片的规格书中通常都会明确标注出来这个参数。这也是一个极为重要却极容易被电子工程师忽略的参数。

闩锁效应是CMOS工艺所特有的寄生效应，是由NMOS的有源区、P衬底、N阱、PMOS的有源区构成的N-P-N-P结构而产生的，当其中一个三极管正偏时，就会构成正反馈形成闩锁。ESD 和相关的电压瞬变都可能会引起闩锁效应，是半导体器件失效的主要原因之一。一旦触发闩锁效应，即会产生一个低阻抗通路，如图1，当Q1或者Q2被异常触发导通后，会使芯片的VDD和GND之间产生大电流，如果芯片的VDD端流入的电流超过芯片Latch up能承受的电流极限，就可能会烧毁芯片。

图1 CMOS寄生BJT示意图及等效电路(图片来源于网络）

芯片被触发进入Latch up状态后，只有重新上电才能脱离这个锁定状态。

芯片研发工程师在设计层面会采用多种手段来防御闩锁的产生，但是难以根除。在应用层面，电子工程师就需要在应用电路层面做适当的防御措施：

1）在输入端和输出端加钳位电路，使输入和输出不超过规定电压。

2）芯片的电源输入端加去耦电路，防止VDD端出现瞬间的高压。

3）在VDD供电脚加限流电阻，保证触发Latch up后的通路极限电流小于芯片承受的能力，保护芯片不被损坏。

4）当系统由几个电源分别供电时，开关要按下列顺序：开启时，先开启CMOS芯片的电源，再开启输入信号和负载的电源；关闭时，先关闭输入信号和负载的电源，再关闭CMOS芯片的电源。